Aus Scheiben zusammengesetzter Läufer einer Axialturbine Die Erfindung betrifft einen aus einzelnen als Schaufelträger ausgebildeten Scheiben zusammen gesetzten Läufer einer Axialturbine. Es sind Tur binenläufer dieser Art bekannt, bei welchen volle Scheiben verwendet sind, welche beidseitig in der Nähe ihres Aussenkranzes eine ringförmige Schulter aufweisen und bei welchen die Schultern benach barter Scheiben miteinander bzw. die äusseren Schul tern der Endscheiben je mit einem Wellenstück durch Rundschweissnähte zusammengeschweisst sind.
Bei solchen Läufern ergibt sich der Nachteil, dass die Schweissnähte nur auf der Aussenseite nach bearbeitet werden können. Die Innenseite der Schweissnaht bleibt dagegen nach deren Fertigstellung unzugänglich. Da sich beim Schweissen auf der Innenseite Schlacken ansammeln und Einbrand kerben bilden können, besteht die Gefahr, dass die Festigkeit des Bauteiles vermindert wird.
Die Erfindung bezweckt, diesen Nachteil zu vermeiden. Bei einem aus einzelnen, als Schaufel träger ausgebildeten Scheiben zusammengesetzten Läufer einer Axialturbine, bei welchem die Scheiben beidseitig eine ringförmige Schulter aufweisen und die Schultern benachbarter Scheiben miteinander bzw. die äusseren Schultern der Endscheiben je mit einem weiteren Läuferteil durch Rundschweiss nähte verbunden sind, wird dies gemäss der Erfin dung dadurch erreicht, dass die Scheiben zentrale Bohrungen von einer mindestens 30 /e des Aussen durchmessers der Scheibe betragenden lichten Weite aufweisen, und dass mindestens die die höchsten Betriebstemperaturen aufweisenden Rundschweiss nähte nicht nur von aussen, sondern auch von innen nachbearbeitet sind.
Bei der Nachbearbeitung der Schweissnaht von der Innenseite werden allfällige fehlerhafte Stellen beseitigt. Die zentralen Bohrungen der Scheiben er- lauben hierbei, im Verlaufe der Herstellung des Läufers alle Schweissungen nachzubearbeiten, ausser der letzten, da bei der angegebenen Grösse der lich ten Weite der Bohrungen genügend Raum gegeben wird, um die für die Nachbearbeitung der Schweiss nähte erforderlichen Werkzeuge einzuführen.
In Fig. 1 der Zeichnung ist ein Ausführungs beispiel des Erfindungsgegenstandes vereinfacht dar gestellt. Fig.2 zeigt eine Einzelheit in grösserem Massstab.
Der Turbinenläufer ist aus vier einzelnen, als Schaufelträger ausgebildeten Scheiben 1, 2, 3, 4 zu sammengesetzt. Die Scheiben weisen beidseitig eine ringförmige Schulter auf. Die Schultern der ein zelnen Scheiben sind mit 1', 2', 3', 4' bzw. 1", 2", 3", 4" bezeichnet. Die äussere Schulter 1' der ersten Scheibe ist mit einem anschliessenden weiteren Läu ferteil, nämlich einem Wellenstück 5 durch eine Rundschweissnaht 6 verbunden. Die Schultern 1" und 2', 2" und 3' bzw. 3" und 4' der benachbarten Scheiben 1, 2, 3, 4 sind durch Rundschweissnähte 7, 8 bzw. 9 miteinander verbunden. Eine Rund schweissnaht 10 verbindet ferner die äussere Schulter 4" der Endscheibe 4 mit einem Wellenstück 11.
Die Wellenstücke 5 und 11 sind nur teilweise dargestellt.
Die Scheiben sind an ihrem Aussenumfang mit Laufschaufeln 12, 13, 14, 15 besetzt. Zwischen den Scheiben, auf der Aussenseite der Schultern 1" und 2', 2" und 3' bzw. 3" und 4' sind feststehende, ring förmige Schaufelträger 16, 17, 18 angeordnet, in welche Leitschaufeln 19, 20, 21 eingesetzt sind. Sie lassen zwischen sich und dem Turbinenläufer durch Labyrinthdichtungen 22, 23, 24 abgedichtete Ring spalte frei.
Die Scheiben haben einen Aussendurchmesser von der Grösse D. Sie sind mit zentralen Bohrungen ver- sehen, deren lichte Weite d mehr als 30 %. des Aussendurchmessers D der Scheiben beträgt.
Der Turbinenläufer wird vom Arbeitsmittel in Richtung der Pfeile A angeströmt. Die Rundschweiss nähte 6 und 7 haben somit die höchsten Betriebs temperaturen. Sie sind nicht nur von aussen, sondern auch von innen nachbearbeitet. Dies ist deshalb möglich, weil nach Herstellung der Schweissnaht 6 bzw. 7 infolge der verhältnismässig grossen Bohrung der Scheibe 1 bzw. 2 immer noch genügend Platz verbleibt, um durch diese Bohrungen hindurch die für die Nachbearbeitung der Schweissnähte erforder lichen Werkzeuge hindurchzuführen. Dieselbe Mög lichkeit ergibt sich aber auch für die Schweissnähte 8 und 9.
Nur bei der letzten Schweissnahf 10 ist bei der Herstellung des Läufers eine Nachbearbeitung von innen nicht mehr möglich. Diese Schweissnaht hat aber die niedrigste Betriebstemperatur, bei wel cher der Werkstoff höhere Festigkeit aufweist, so dass allfällig auf der Innenseite auftretende kleine Fehler in der Schweissung keine Gefährdung bringen.
Das Vorsehen von Bohrungen in den Scheiben bringt gegenüber der vollen Scheibe eine gewisse Erhöhung der infolge Fliehkraftbeanspruchung auf tretenden Spannungen. Diese kann aber durch ent sprechende Formgebung mindestens teilweise kom pensiert werden. Auch ist es zweckmässig, mindestens die der höchsten Arbeitsmitteltemperatur ausgesetzten Scheiben zu kühlen, um so eine höhere Festigkeit des Werkstoffes zu erreichen. Zu diesem Zweck sind im Wellenstück 5 längs des Umfanges einzelne Öff nungen 25 angebracht, durch welche von einem äusseren, nicht gezeigten, das Wellenstück 5 um gebenden Ringraum ein gasförmiges Kühlmittel in den Innenhohlraum des Läufers eingeführt wird.
Von diesem Kühlmittel wird zweckmässig auch ein Teil längs der Aussenseite des Wellenstückes 5 über die Schweissnaht 6 und die Schulter 1' zur Scheibe 1 geleitet, worauf es sich mit dem zuströmenden Arbeitsmittel vermengt.
Zwischen den die höchste Betriebstemperatur auf weisenden Scheiben 1, 2 und 3 sind jeweils in der auf der Zuflussseite des Arbeitsmittels liegenden Schulter 1" bzw. 2" in der Nähe der Schweissnaht 7 bzw. 8 radiale Öffnungen 26 bzw. 27 für den Durchfluss des Kühlmittels vom Innenhohlraum des Läufers nach aussen angebracht. Das durch den Innenhohlraum strömende Kühlmittel umspült dabei die Scheiben 1 und 2 von der Innenseite und gelangt nach dem Durchtritt durch die Öffnungen 26 in den zwischen den Leitschaufelträgern 16 bzw. 17 und dem Läufer freigelassenen Ringspalt.
Die Laby- rinthdichtungen 22 bzw. 23 erstrecken sich hierbei so weit, dass beidseitig der Öffnungen 26 bzw. 27 noch eine Drosselwirkung auftritt. Zweckmässig wer den die Öffnungen so bemessen, dass beträchtliche Temperaturunterschiede in benachbarten Rotorteilen vermieden werden.
Das Kühlmittel ist dem Innenhohlraum des Läu fers mit einem höheren Druck zuzuführen, als der Arbeitsmitteldruck nach dem Durchtritt durch die Laufschaufelung 12. Ein Teil des durch die öffnun- gen 26 austretenden Kühlmittels strömt dann in Richtung gegen die Scheibe 1 und verhindert den Durchtritt von heissem Arbeitsmittel durch den Ring spalt zwischen dem Leitschaufelträger 16 und dem Läufer.
Der restliche Teil des Kühlmittels strömt dagegen längs der Schulter 1", der Schweissnaht 7, der Schulter 2' und der Scheibe 2 durch den Ring spalt, um sich mit dem Arbeitsmittel vor dem Ein tritt in die Laufschaufelung 13 zu vermengen. Ent sprechend verläuft die Strömung des Kühlmittels durch die Öffnungen 27 und den zwischen dem Leitschaufelträger 17 und dem Läufer freigelassenen Ringspalt.
Damit wird die Temperatur der Scheiben der dazwischen liegenden Schultern und der Schweiss nähte auf einer mit Rücksicht auf Festigkeit zuläs sigen Grenze gehalten. Es ist zweckmässig, dem Läu fer nicht ganz kaltes Kühlmittel zuzuführen. Wird der Läufer für eine Gasturbinenanlage verwendet, so wird dem Innenhohlraum des Läufers als Kühl mittel vorzugsweise Arbeitsmittel zugeführt, welches eine Temperatur hat, die mindestens so hoch ist wie die Temperatur des den Arbeitsmittelverdichter der Anlage verlassenden Arbeitsmittels. Bei einer Ar beitsmitteltemperatur von etwa 650 bis 700 C am Eintritt in die Turbine, ist es sogar vorteilhaft, zur Kühlung Arbeitsmittel zu verwenden, welches eine Temperatur von mindestens etwa 300 C hat.
Da durch wird eine gleichmässigere Temperaturverteilung im Rotor erreicht und somit werden unzulässig grosse Wärmespannungen vermieden. In jenen Fällen, in denen das von der Turbine abströmende Arbeits mittel in einem Wärmeaustauscher Wärme an das verdichtete Arbeitsmittel abgibt, kann dabei eine Teilmenge des diesen Wärmeaustauscher verlassen den, verdichteten Arbeitsmittels dem Innenhohl raum des Läufers als Kühlmittel zugeführt werden.
Dadurch wird einerseits eine allzustarke und un wirtschaftliche Kühlung des Läufers vermieden, und anderseits ergibt sich auch beim Anfahren vom kalten Zustande aus eine günstige Wirkung, indem nun der Läufer nicht nur von der Aussenseite, son dern auch von der Innenseite gegen seine endgültige Betriebstemperatur erwärmt wird. Die Ausbildung der Scheiben als Ringelemente hilft ebenfalls, eine schnellere Durchwärmung des Rotors beim Anfahren zu erreichen.